专利名称：力学教学多用仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及教学仪器技术领域，特别是普通高中、中专、高等师范院校在讲授力学、运动学的必备实验仪器。
现有的力学实验仪器，有“打点计时器——平板小车”组件及“气垫导轨”。前者设备粗陋，实验误差甚大，实无应用价值。后者虽然精确，但因附件较多，结构复杂，体大笨重，价格昂贵等原因而无法普及推广。CN2088719U公开了一种“多功能力学实验仪”，使力学仪器面貌有了改观。但该仪有两个缺点，影响了仪器的性能和功能(一)该仪用小车所载的两个磁头作用于同一个干簧管，利用两磁头到达干簧管的时间差来测速度。这一方案原理是正确的，也能够测速度。但由于两磁头的距离受车身长度及安装位置的限制，不能间隔很远。这样两磁头到达干簧管的时间差较小，因而测量时间的误差就大了。(二)该仪在作“自由落体运动”和验证“机械能守恒定律”两个实验时，是让小车从空中坠落，这实际上很难操作，因而减少了仪器的功能。
本实用新型的任务在于针对“多功能力学实验仪”的上述缺陷，提供一种力学教学多用仪，采用单磁头先后作用于两只微型磁控开关(干簧管)的方法来进行测时、测速。这样可以方便地加大两干簧管间的距离△S，也就必然增大了△t，从而减小偶然误差。改用带磁体和衔铁的绝缘滑块能较方便地作“自由落体”和“机械能守恒”这两个实验，解决了一种仪器作多项实验的功能，确保了实验精度及教学效果。
上述任务是这样实现的。这种力学教学多用仪，是用运动磁体控制干簧管，干簧管控制多功能电子表组成自动计时组件，以提高测时精度，从而提高各项实验的精确度。同时确保仪器具有“多功能”，使各项实验均能顺利实施。
本技术方案是用两平行金属导轨(兼作连接电路)，小车及滑块进行实验。在小车及滑块上均装有磁体和衔铁。导轨的0－C区间，在规定位置上装有七只夹装微型磁控开关(干簧管)的弹簧夹座。各干簧管的极脚，均被弹簧夹座夹持固定。当作某些实验时，对于不需要的干簧管，可方便地从弹簧片夹口处取下。各干簧管通过金属弹片(有的还经过导轨)、双芯插座、与双芯插头连接的电子计时器(多功能电子表的“0.01秒”按钮)组成电路连接。在导轨的起始端，装有带电池的微型电磁铁及换向开关。当小车或滑块沿导轨运动时，它们所载磁体作用于各干簧管，使之吸合或断开，从而控制相应电子表计时的起停，精确地记录小车或滑块的运动时间t，位移S在导轨上是确定的。由于S、t的测量均相当准确，于是就能较准确地测量小车或滑块运动的速度和加速度等数据。
以下结合附图对本实用新型作进一步详述。
图1为多功能力学实验仪的结构示意图图2为力学教学多用仪的结构示意图图3为Ⅰ号小车结构图图4为Ⅱ号小车结构图图5为滑块结构图图6为验证动量守恒定律时，两小车的初始位置示意图这种力学教学多用仪，采用两条平行金属导轨(a1～a2)，Ⅰ号实验小车(e)上装有磁体(M)和衔铁(N)，在导轨的0－C区间装有七个干簧管(C1～C7)，在C2、C4、C6处装双芯插座(JK1～JK3)，与装双芯插头的多功能电子表(b1～b3)的“0.01秒”按钮构成电路连接，在导轨的起始端设有带电池(f)的微型电磁铁(d)及2×3的换向开关(K1)，在C6处装有1×2微型开关(K2)，以改变C5、C6并联接点的位置。在Ⅰ号小车上增加一限位叉(G)。增加一辆装有磁体(M)和铝质条片(H)的Ⅱ号小车及用绝缘材料制成的长方形薄型块状滑块(R)，其下端装有磁体(M)，上端装有衔铁(N)，两侧装有弹性限位夹(S)。在导轨0－C区间的规定位置上装有夹装干簧管的弹簧夹座，使得C1与C2、C3与C4、C5与C6之间等间隔，C2与C3、C4与C5之间等间隔，且OA=AB=BC，导轨基座上装有挂环(Q)。
当要测定小车在某区间的速度，如要测量小车经过C3－C4区间的速度时，可将干簧管C3、C4插上，其余干簧管取去不用，将多功能电子表b2插入JK2内计时。让小车以一定速度通过C3、C4，当小车磁头掠过C3时，C3吸合，电子表b2的“0.01秒”按钮电极被短路(相当于对该按钮按第一次)，b2开始计时。磁头离开C3后，C3断开，但计时并不停止。小车继续前进，其磁头掠过C4时，C4吸合导通，电子表b2的“0.01秒”按钮再次被短路(相当于对该按钮按第二次)，电子表计时立即停止。C3－C4间的距离△S是已知的，读出电子表记录的时间△t，即可由V＝ (△S)/(△t) 求出小车通过C3－C4区间的平均速度(当△S取得很小时，即可测“即时速度”)。本仪在验证动量守恒定律时，测出的是准确的匀速运动速度。
当要研究匀变速运动规律时，可将导轨斜放，C端在下。将干簧管C2、C5、C7先后分别插上，每次只插一个。将电子表b1插入JK1内计时。先插上C2，将开关K1的刀片置于位置“1”，则K1a使电磁铁(d)通电而将小车(e)吸住。然后将K1刀片由位置“1”迅速拨至位置“3”，则电磁铁(d)断电，小车便从0点由初速为零开始匀加速下滑。K1刀片在由“1”拨至“3”的途中，须经过中间位置“2”，刀片在位置“2”的瞬间，K1b将两金属导轨(a1、a2)瞬时接通一下，于是电子表b1启动。所以，在小车开始下滑时，电子表b1同时开始计时。当小车磁头到达A时，置于A处的干簧管C2吸合导通，电子表b1计时立即停止。由此十分精确地记录了小车从0到A所经历的时间t1。然后去掉C2，插上C5，并将1×2微型开关(K2)置于位置“1”，按前述方法测出小车从O到B所用的时间t2。再去掉C5插上C7，测出小车从O到C的时间t3。由于OA=AB=BC，即有OAOBOC＝123，实验结果必有t1t2t3＝1
，即Sαt2，由此验证了初速为零的匀加速运动规律。还可将仪器竖挂，在导轨的正下方放上垫有厚海绵的缓冲盒，用载磁有机玻璃滑块(R)取代实验小车(e)，按上述方法测出滑块从O出发沿导轨落至A、B、C的时间，以验证自由落体运动规律，证明其初速为零的匀加速运动。滑块两侧装有薄塑片制成的弹性限位夹(S)，保证滑块下滑时沿导轨自由滑落。由于S、h、t均可准确测量，故还可由S＝ 1/2 at2，a＝ (2S)/(t2) 计算加速度a，从而可验证牛顿第二定律(F＝ma)。另外，由自由落体公式h＝ 1/2 gt2，g＝ (2h)/(t2) ，可以测出g。还可由h＝Vt＝ (Vt)/2 。t得Vt＝ (2h)/(t) 即可求得滑块下落高度h时的末速度Vt，从而可验证机械能守恒定律(mgh＝ 1/2 mV2t)。在验证动量守恒定律时，可将干簧管C1～C6插上，C7取去不用。将电子表b1、b2、b3分别插入JK1、JK2、JK3内。先将Ⅱ号小车放在特定位置Ⅱ号车的磁头(M)应在C4、C5间的正中位置附近，以其静止时不使C4或C5吸合为度。Ⅱ号车尾铝片(H)的末端，则应在C2、C3间的正中位置附近(详见图6)。现让Ⅰ号小车从C1左端以一定速度冲向Ⅱ号小车并与之发生碰撞。在此过程中，电子表b1、b2、b3分别记录了Ⅰ号车碰前通过C1～C2的时间t1及Ⅰ号车碰后通过C3－C4的时间t1′，以及Ⅱ号车被碰后通过C5－C6的时间t2′。Ⅰ号车磁头(M)到达C4上方后，该车上的限位叉(G)即被紧固于导轨基座上的限位架卡住而立即原地停车，不允许再有进退。因为C1与C2、C3与C4C5与C6间的距离均为固定的相同值，所以两车的速度V1＝ (S)/(t1) ，V1′＝ (S)/(t1′) 、V2′＝ (S)/(t2′) 。即可由m1V1＝m1V1′＋m2V2′验证动量守恒定律(式中m1、m2分别为Ⅰ、Ⅱ号车的质量，且m1＞m2)。
该力学教学多用仪，结构简单，实验精确度高，比“多功能力学实验仪”的实验误差大大降低，原仪器实验误差为10％，而该仪器的误差仅为2～3％。且该仪器具有多种用途，体积轻小，价格低廉，操作简便，易于推广，在教学中形象直观。
权利要求1.一种采用两条平行金属导轨(a1、a2)，实验小车的力学教学多用仪，I号小车(e)上装有磁体(M)和衔铁(N)，在导轨的0-C区间装有t个微型磁控开关(C1-C7)，在C2、C4、C6处装双芯插座(JK1～JK3)，与装双芯插头的电子计时器(b1～b3)构成电路连接，在导轨的起始端设有带电池(f)的微型电磁铁(d)及2×3的换向开关(K1)，其特征在于a.在I号小车上增加一限位叉(G)，增加一辆装有磁体(M)和铝质条片(H)的Ⅱ号小车及用绝缘材料制成的长方形薄型块状滑块(R)，其下端装有磁体(M)，上端装有衔铁(N)，两侧装有弹性限位夹(S)，b.在导轨0-C区间的规定位置上装有夹装微型磁控开关的弹簧夹座，使得C1与C2、C3与C4、C5与C6之间等间隔，C2与C3、C4与C5之间等间隔，且OA=AB=BC，c.导轨基座上装有挂环(Q)，d.C6处装有1×2开关(K2)。
2.据权利要求1所述的多用仪，其特征在于微型磁控开关(C1～C7)可用干簧管。
3.据权利要求1所述的多用仪，其特征在于电子计时器(b1～b3)可用多功能电子表。
专利摘要本实用新型涉及教学仪器领域。属于物理力学教学中必备的实验仪器，是用两条平行金属导轨、装有磁体和衔铁的实验小车、滑块组成。用随小车或滑块运动的磁体，作用于固定在导轨墓座上的磁控开关，控制与之连接的电子计时器计时的起停，而进行多项力学实验，该仪器结构简单，体积轻小，价格低廉，实验精确度高，在教学中形象直观，且操作简便，易于推广。
文档编号G09B23/00GK2121054SQ9222328
公开日1992年11月4日 申请日期1992年5月27日 优先权日1992年5月27日
发明者陈德棠 申请人:陈德棠